二保焊焊接技术在矿山设备中的研究与应用

郭强

摘要：焊接作为先进制造技术的重要组成部分在国民经济发展和国家建设中发挥了重要作用。焊接技术的优秀成果在各个领域均得到了广泛应用。焊接技术手工电弧焊由于其设备简单、操作灵活方便、进行全位置焊接适合焊接多种材料的显著特点已经在矿山无规设备的维修中普遍应用，但是手工电弧焊也有其不足之处：一是生产效率低，二是劳动强度大。这些缺点在矿山设备铲运机铲斗的焊接中表现的尤为突出，为了进一步提高设备维修效率，降低工人劳动强度，设备工程技术人员对其他各种焊接技术进行了多方调研，确定在矿山设备维修中使用半自动CO2气体保护电弧焊焊接技术。

关键词：电弧焊焊接技术；特点；应用

1.与传统的手工电弧焊相比较，半自动CO2气体保护电弧焊具有以下特点：

1.1焊接生产率高

使用半自动CO2气体保护电弧焊焊接中厚板时，采用较粗焊丝焊接，焊丝熔化速度快，熔敷率高，同时电弧加热集中，电弧挺度大，穿透力强，焊接熔深大，进行焊接时可以不开坡口或开小坡口，生产效率比手工电弧焊提高1~3倍。

在焊接薄板时，选用细焊丝，使用小电流实现熔滴短路过渡，此时电弧对工件间断加热，焊接线能量小，焊接变形也很小，甚至不需要焊后较正工序，焊接速度快，提高了工作效率。

1.2焊接能耗低

与手工电弧焊相比，对于相同厚度、相同长度的焊缝进行焊接，CO2气体保护电弧焊对焊丝和母材的熔化效率更高，焊接速度更快，耗电量降低，是一种节能的焊接方法。

1.3焊接成本低

CO2气体保护电弧焊焊丝在工业生产中已经实现量产，CO2气体在工业中普遍使用，与氩气、氦气相比较，其价格便宜，具有经济适用性。单从焊接成本比较CO2气体保护电弧焊的材料成本是手工电弧焊的40%~50%左右。

1.4适用范围广

CO2气体保护电弧焊可以采用半自动焊或自动焊方法，对任何位置、角度、长度及复杂的曲面焊缝都可以进行焊接。薄板可以焊到1mm左右，厚板可以采取多层多道焊接，不受焊接结构条件的制约。

1.5CO2气体保护电弧焊是一种低氢型焊接方法，焊缝含氢量低，抗裂纹性好。

1.6焊后不需清渣，明弧焊接便于观察，有利于机械自动化操作。

1.7焊接保护效果好

2.CO2气体密度较大，受电弧加热后体积膨胀也较大，能够很好地隔离空气保护电弧和熔池。

CO2气体保护电弧焊的焊接参数

2.1电弧电压和焊接电流

2.2焊接速度

CO2气体保护电弧焊中，电弧在熔池的表面收缩程度更大，焊接速度过高容易形成焊缝咬边。

2.3焊丝干伸长

根据经验，合适的焊丝干伸长为焊丝直径的10到12倍，细焊丝焊接通常为8~15mm，中等直径焊丝焊接约为15~25mm。

2.4气体流量

细丝焊接时CO2气体流量一般为5~15L/min，中等焊丝焊接时约为20L/min，粗丝焊接时约为25~50L/min。室外作业时在此基础上应适当加大流量。

2.5电源极性

CO2气体保护电弧焊一般采用直流反极性，飞溅小，电弧稳定，熔深大，焊缝成形良好并且含氢量低。

CO2气体保护电弧焊的焊接缺点及改进措施

在焊接过程中，大部分焊丝熔化金属可以过渡到熔池，但有部分焊丝熔化金属飞落到熔池以外的地方产生焊接飞溅现象。焊接飞溅容易造成焊接材料损失，增加了焊接清理工序，严重时对电弧稳定性及焊接作业过程产生影响。

减少飞溅的措施：在焊接材料方面选择有较多脱氧元素成分的焊丝降低电弧气氛的氧化性。在焊接工艺方面选择合适的焊接电流和电压，焊枪倾斜角度不小于20°焊枪垂直时飞溅最小，焊丝送丝速度均匀，选择合适的焊丝干伸长，电源直流反接时飞溅小。

3.半自动CO2气体保护电弧焊焊接技术在矿山设备项目中具体应用：

3.1ST-3.5铲运机铲斗焊接修复

铲运机铲斗作为易损件，使用一段时间铲斗的铲刃、销轴孔套、铲斗侧板、底板等均有不同程度磨损，需对其进行焊接修复。一般情况下，铲斗的铲刃和两侧铲角的磨损比较严重，再就是销轴孔套由于长时间缺少润滑磨损也比较厉害。

采用CO2气体保护电弧焊这种先进的焊接方法进行铲斗修复，与手工电弧焊相比，工作效率提高50%~65%，焊接能耗降低8%~12%，维修操作人员劳动强度大大降低。更换铲刃、铲角等工件时，先采用气焊对磨损件进行划线切割，然后吊装校对新铲刃，分段点焊，矫正加工尺寸后，焊接坡口选用Y型坡口进行多层多道焊接，而不需要每层敲除焊渣，焊后进行简单保温热处理，以消除焊接残余应力，防止结构变形。与传统手工电弧焊的焊接方法比较，采用半自动CO2气体保护电弧焊的焊接方法单件铲斗修复节约维修成本元，减少维修6工时，大大降低工人劳动强度，提高了设备使用台效，更好地服务矿山生产。

3.2新投入坑内运输卡车ASJK-12、ASJK-16、HJUK-12A大箱的加固

为了延长坑内运输卡车大箱的使用寿命，矿山对刚投入生产的新卡车的大箱都进行预防性加固，提高其耐磨性能，延长使用寿命。半自动CO2气体保护电弧焊的应用在这一项目中得到了很好的体现，利用废旧工字钢对大箱的加固，焊接的焊缝质量比手工电弧焊的焊缝质量显著提高，焊接缺陷如裂纹、夹渣、气孔等明显降低，手工电弧焊容易产生的焊接缺陷未熔合、未焊透等在使用二保焊工艺中基本没有出现。这一项革新技术的应用使加固后的大箱服务时间平均延长约1600h左右。

3.3对UVM-5维修服务车车厢的加固

通过对废旧铲刃的再利用，对UVM-5维修服务车车厢采用半自动二保焊进行了焊接加固，由于井下作业环境相对恶劣，维修服务车车厢基本都出现了不同程度的腐蚀和磨损，尤其是车厢护栏腐蚀更为严重，为了更好地利用设备降低生产成本，修旧利废，利用废铲刃对该车厢进行了焊接加固。先对原车厢进行尺寸数据测量，然后对废铲刃进行划气割下料，拼接组装，焊接加固车厢护栏，为了更好延长大箱使用寿命，对其底板利用废旧运输带铺装进行二次保护。改装后的维修服务车到目前为止，已连续使用3200h车厢焊缝未出现严重变形。CO2气体保护电弧焊这种新技术新工艺的应用在辅助维修车车厢加固项目上已经充分显示出了其良好的优越性能。

结束语

综上所述，CO2气体保护电弧焊以其节能、高效、低成本、低强度等优越的特点如今在矿山设备维修工作中已经得到了广泛的应用，尤其在阿特拉斯ST3.5铲运机铲斗铲刃的焊接，举升油缸固定羊角的焊接，铲斗大臂的加固，坑内运输卡车ASJK-12、ASJK-16、HJUK-12A箱斗的耐磨性加固，井下JY-5WX维修服务车箱体的改造等项目的应用中，二保焊的优越性尤为突出，大大降低了焊接操作人员的劳动强度，提高了维修工作效率，进一步节能降耗。